原核生物的轉(zhuǎn)錄及調(diào)控

1、原核生物的轉(zhuǎn)錄原核生物的轉(zhuǎn)錄及其調(diào)控及其調(diào)控 轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄：在在DNADNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA聚合酶催化下，以聚合酶催化下，以DNADNA鏈鏈的一條鏈為模板，按照堿基配對原則合成的一條鏈為模板，按照堿基配對原則合成RNARNA鏈鏈的過程的過程。 不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄：在：在DNADNA雙鏈分子中，轉(zhuǎn)錄通常只在雙鏈分子中，轉(zhuǎn)錄通常只在DNADNA的一條鏈上進行，另一條鏈則不能轉(zhuǎn)錄，但的一條鏈上進行，另一條鏈則不能轉(zhuǎn)錄，但可能對轉(zhuǎn)錄起調(diào)節(jié)作用，這種轉(zhuǎn)錄方式稱不對可能對轉(zhuǎn)錄起調(diào)節(jié)作用，這種轉(zhuǎn)錄方式稱不對稱轉(zhuǎn)錄。稱轉(zhuǎn)錄。 轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位：就是從啟動子到終止子的一段：就是從啟動子到終止子的一段DN

2、ADNA序序列。列。第一節(jié)第一節(jié) 轉(zhuǎn)錄概述轉(zhuǎn)錄概述一、基因的編碼鏈和有意義鏈一、基因的編碼鏈和有意義鏈 模板鏈：模板鏈：用于轉(zhuǎn)錄用于轉(zhuǎn)錄RNARNA的鏈稱為模板鏈，或負的鏈稱為模板鏈，或負（）鏈，又稱無義鏈。（）鏈，又稱無義鏈。 編碼鏈編碼鏈：與模板鏈互補的：與模板鏈互補的DNADNA鏈稱為編碼鏈，鏈稱為編碼鏈，或正（）鏈，又稱有義鏈?；蛘ǎ╂湥址Q有義鏈。二、轉(zhuǎn)錄的基本要點二、轉(zhuǎn)錄的基本要點 底物：底物：NTP； 模板：反義鏈；模板：反義鏈； 方向：方向：53 ； 酶：酶：RNA pol ； 產(chǎn)物：產(chǎn)物：RNA單鏈單鏈轉(zhuǎn)錄和復(fù)制：轉(zhuǎn)錄和復(fù)制：都是遺傳信息的傳遞都是遺傳信息的傳遞三、轉(zhuǎn)錄起始

3、位點三、轉(zhuǎn)錄起始位點轉(zhuǎn)錄起點位點核苷酸為轉(zhuǎn)錄起點位點核苷酸為1 1。上游序列上游序列upstreamupstream ：轉(zhuǎn)錄起點的前面的序列：轉(zhuǎn)錄起點的前面的序列，用負數(shù)碼（）表示，用負數(shù)碼（）表示，起點前一個核苷酸為起點前一個核苷酸為1 1。下游序列下游序列downstreamdownstream： 轉(zhuǎn)錄起點的后面的序列轉(zhuǎn)錄起點的后面的序列，用正數(shù)碼（）表示。用正數(shù)碼（）表示。沒有編號為的堿基。沒有編號為的堿基。第二節(jié)第二節(jié) 原核生物轉(zhuǎn)錄的相關(guān)酶類原核生物轉(zhuǎn)錄的相關(guān)酶類 一、一、E.coli RNA聚合酶聚合酶 E.coli只有一種聚合酶；只有一種聚合酶； E.coli RNA pol全酶全

4、酶由由5種亞基組成，即種亞基組成，即2，480kD； 2 構(gòu)成核心酶構(gòu)成核心酶，核心酶與核心酶與因子構(gòu)成因子構(gòu)成全酶全酶。 E.coli RNA聚合酶的基本性質(zhì)聚合酶的基本性質(zhì)亞亞基基 基基因因 全全酶酶中中的的數(shù)數(shù)量量 分分子子量量（dalt） 部部位位 可可能能功功能能 rpoA 2 40000*2 多多樣樣 rpoB 1 155000 結(jié)結(jié)合合核核苷苷酸酸 rpoC 1 160000 核核心心酶酶 結(jié)結(jié)合合模模板板 rpoD 1 85000 因因子子 起起始始識識別別因因子子 RNA polymerase in prok. Core EnzymeHolo Enzyme for elong

5、ationfor initiation依靠靜電作用力依靠靜電作用力依靠空間結(jié)構(gòu)依靠空間結(jié)構(gòu)非專一性與非特異非專一性與非特異DNA 結(jié)合結(jié)合專一性與專一性與 特異特異DNA結(jié)合結(jié)合半衰期；半衰期；60半衰期；數(shù)小時半衰期；數(shù)小時cover60bp Richard Burgess and Andrew Travers (1969) 150 kD160 kD 70 kD 40 kDCartoon illustrating separation of the subunits of E. coli RNA polymerase by SDS-PAGE1、核心酶：催化磷酸二酯鍵的形成、核心酶：催化磷酸二

6、酯鍵的形成 亞基亞基：2個，功能多樣（核心酶的組建因子、個，功能多樣（核心酶的組建因子、促進雙鏈的解開和重新聚合、啟動子識別、促促進雙鏈的解開和重新聚合、啟動子識別、促進進RNA pol與與DNA 模板鏈上游轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合）模板鏈上游轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合） 亞基亞基：1個，結(jié)合核苷酸底物，催化磷酸二酯個，結(jié)合核苷酸底物，催化磷酸二酯鍵的形成；鍵的形成； 亞基亞基：堿性強，與模板鏈結(jié)合；：堿性強，與模板鏈結(jié)合；二、二、RNA聚合酶各亞基的功能聚合酶各亞基的功能2、因子因子： Reusable； 修飾修飾 RNA pol 的構(gòu)型；的構(gòu)型； 識別啟動子，但無催化活性。識別啟動子，但無催化活性。 不同原核生物具

7、有不同原核生物具有基本相同的核心酶基本相同的核心酶，但，但亞基亞基有所差別有所差別，決定了原核生物基因的選擇性表達。，決定了原核生物基因的選擇性表達。3、原核生物、原核生物RNA聚合酶抑制劑聚合酶抑制劑： 利福平（利福平（Rifampin）：與細菌：與細菌RNA pol 亞基結(jié)合，阻礙轉(zhuǎn)錄的亞基結(jié)合，阻礙轉(zhuǎn)錄的起始起始作用；作用； 利鏈菌素利鏈菌素（ streptolydigin）：與細菌與細菌RNA pol 亞基結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄的亞基結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄的延伸延伸。 肝素肝素：與細菌：與細菌RNA pol 亞基結(jié)合，阻亞基結(jié)合，阻礙其與礙其與模板模板DNA的結(jié)合的結(jié)合。第三節(jié)第三節(jié) 原核生物轉(zhuǎn)錄的過

8、程原核生物轉(zhuǎn)錄的過程 RNA的轉(zhuǎn)錄包括的轉(zhuǎn)錄包括promotion，elongation，termination 三過程；三過程； 從從promoter到到terminator稱為稱為transcriptional unit； 原核生物中的轉(zhuǎn)錄單位多為原核生物中的轉(zhuǎn)錄單位多為 polycistron ； 轉(zhuǎn)錄起始點記為轉(zhuǎn)錄起始點記為+1，其上游記為，其上游記為負值負值，下游記為，下游記為正值正值。+1 -10 +10upstreamstart pointdownstream一、轉(zhuǎn)錄的起始一、轉(zhuǎn)錄的起始 關(guān)鍵：全酶能以關(guān)鍵：全酶能以很高的親和性很高的親和性結(jié)合在結(jié)合在啟啟動子動子promoter

9、 ； 啟動子啟動子：RNA聚合酶識別、結(jié)合并起始聚合酶識別、結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄的一段轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。序列。promoter 由兩個重要部分組成由兩個重要部分組成 （一）原核啟動子的結(jié)構(gòu)（一）原核啟動子的結(jié)構(gòu) -70 -40 ：up element（上游元件）上游元件） CAP-cAMP binding site -35 -10：core promoter（核心啟動子）核心啟動子） RNA pol. binding site 基因表達調(diào)控的正控制位點基因表達調(diào)控的正控制位點CAP： Catabolite gene Activator ProteincAMP Acceptor Protein（c

10、AMP受體蛋白受體蛋白）（分解代謝基因激活蛋白分解代謝基因激活蛋白） 1、核心啟動子：核心啟動子： Sextama Box：（R site）TTGAC（Sextama Box）-35 site。RNA pol. loosely binding sitePribnow Box： TATAAT（pribnow Box）-10 site。RNA pol. firmly binding site（B site）Initiation site ：+1 site。RNA transcriptional startpoint （I site）A/G-35 (R)-10 (B)+1 (I)RNAl Sexta

11、ma Box與與Pribnow Box間距間距17bp，有利于有利于RNA pol啟動啟動l -35 Box or -10 Box mut. 間距間距趨近趨近于于17 bp，up mutation間距間距遠離遠離于于17 bp，down mutation17bp的的間距間距比比17bp的的序列序列對轉(zhuǎn)錄更為重要對轉(zhuǎn)錄更為重要-35 Box and -10 Box mut. 轉(zhuǎn)錄效率下降轉(zhuǎn)錄效率下降100倍倍 轉(zhuǎn)錄效率下降轉(zhuǎn)錄效率下降1000倍倍2、上游元件：上游元件： CAP-cAMP binding site （Activator region，AR）當(dāng)：當(dāng)：ARI + CAP-cAMP A

12、R I： CAP-cAMP 的強結(jié)合位點（的強結(jié)合位點（-70 -50） AR II：CAP-cAMP 的弱結(jié)合位點（的弱結(jié)合位點（-50 -40）cooperative effect提高提高ARII 的結(jié)合效率的結(jié)合效率IR-70 ARI-40ARII IR -50 RNA pol AR II + CAP-cAMP 復(fù)合體：復(fù)合體： 促使促使-35 box附近附近GC島區(qū)的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，島區(qū)的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，-10 box的解鏈溫度降低，有利于轉(zhuǎn)錄啟動的解鏈溫度降低，有利于轉(zhuǎn)錄啟動 ARI ARII GC Island -35 -10 Null AR II RNA pol. i

13、nto -10 Box but transcription off ARII + CAP-cAMPpromotionRNA pol. into -35 Boxinto -10 Boxstarting transcription RNA pol RNA pol-CTDCAP-cAMPARI ARIIARI ARIIActivation transcription Up element + CAP-cAMP RNA PolymeraseRNA Polymerase復(fù)合體復(fù)合體 CAP-cAMP CAP-cAMP 與與RNA PolymeraseRNA Polymerase的的-CTD結(jié)合，激活轉(zhuǎn)錄

14、結(jié)合，激活轉(zhuǎn)錄 （二）（二）原核基因轉(zhuǎn)錄的起始原核基因轉(zhuǎn)錄的起始 1、因子的作用：因子的作用： 降低降低全酶與一般全酶與一般DNA的的非專一性非專一性結(jié)合力結(jié)合力（20000倍倍）；）； 增強增強全酶與啟動子全酶與啟動子R site、B site的的專一性專一性結(jié)結(jié)合力合力 （100倍倍）；）； 導(dǎo)致導(dǎo)致RNA鏈的延伸緩慢鏈的延伸緩慢Promoter與與 factor 間的結(jié)合專效性間的結(jié)合專效性決定了決定了 strong promoter & weak promoter； -35 box, -10 box的差異影響啟動子與的差異影響啟動子與RNA pol 中中因子的因子的結(jié)合能力結(jié)合

15、能力；不同啟動子的不同啟動子的-35，-10 box間存在較為間存在較為保守的標(biāo)保守的標(biāo)準(zhǔn)序列（標(biāo)準(zhǔn)啟動子）準(zhǔn)序列（標(biāo)準(zhǔn)啟動子）； factor is responsible for recognition of consensus sequence of promoter and only required for initiation.2、RNA pol與啟動子的結(jié)合與啟動子的結(jié)合 因子識別啟動子上結(jié)合位點。因子識別啟動子上結(jié)合位點。 RNA pol全酶全酶與與-35 box結(jié)合結(jié)合封閉型啟動復(fù)合物封閉型啟動復(fù)合物； 酶向酶向-10 box移動，并與之牢固結(jié)合，促使移動，并與之牢固結(jié)合，促

16、使-10 box及起始位點處發(fā)生局部解鏈及起始位點處發(fā)生局部解鏈開放型啟動開放型啟動復(fù)合物復(fù)合物； DNA解螺旋擴展到解螺旋擴展到-10 box下游下游17bp范圍。范圍。3、轉(zhuǎn)錄起始位點的決定、轉(zhuǎn)錄起始位點的決定 酶與酶與-10 box 的結(jié)合，決定了第一個起始堿基的結(jié)合，決定了第一個起始堿基的選擇。的選擇。 第一個被轉(zhuǎn)錄的堿基離第一個被轉(zhuǎn)錄的堿基離-10 box 的保守的保守T約約69nts。 mRNA的起始位點多為的起始位點多為G，其次為其次為A ，很少很少為為U, 起始點核苷酸的兩側(cè)分別為起始點核苷酸的兩側(cè)分別為C 和和T。4、三元復(fù)合物的形成和、三元復(fù)合物的形成和因子的解離因子的解離

17、 RNA合成一開始，就形成合成一開始，就形成模板模板-RNA pol-RNA的的三元復(fù)合物三元復(fù)合物。 因子解離，核心酶與模板的親和性下降到因子解離，核心酶與模板的親和性下降到非特異性結(jié)合的水平，非特異性結(jié)合的水平，RNA pol在在DNA鏈上鏈上變得容易移動，為鏈的延伸創(chuàng)造了條件；變得容易移動，為鏈的延伸創(chuàng)造了條件； 游離的游離的因子可以重新進行功能循環(huán)。因子可以重新進行功能循環(huán)。 轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始 核心酶在核心酶在因子幫助下特異性結(jié)合到因子幫助下特異性結(jié)合到DNA上；上； RNA pol與啟動子與啟動子-35 box 結(jié)合，形成結(jié)合，形成封閉型起始封閉型起始復(fù)合物復(fù)合物； 酶滑動到酶滑

18、動到-10 box，轉(zhuǎn)變成為轉(zhuǎn)變成為開放型起始復(fù)合物開放型起始復(fù)合物，啟動子活化，雙鏈解開，模板鏈暴露，插入最初啟動子活化，雙鏈解開，模板鏈暴露，插入最初的的2個核苷酸；個核苷酸； 酶繼續(xù)加上開頭的幾個酶繼續(xù)加上開頭的幾個NTP，形成形成三元起始復(fù)合三元起始復(fù)合物物，在，在RNA鏈合成了鏈合成了89個堿基后，個堿基后，因子解離，因子解離，轉(zhuǎn)錄開始。轉(zhuǎn)錄開始。 Model of the interaction between E. coil RNA polymerase holoenzyme and a promoterDNAIncorporating the first few Nt二、原核生

19、物轉(zhuǎn)錄的延伸二、原核生物轉(zhuǎn)錄的延伸 RNA pol沿著模板鏈移動，沿著模板鏈移動，RNA鏈不斷延伸，鏈不斷延伸，并保持并保持三元復(fù)合物三元復(fù)合物的結(jié)構(gòu)；的結(jié)構(gòu)； 轉(zhuǎn)錄泡中的轉(zhuǎn)錄泡中的DNA螺旋前開、后合，螺旋前開、后合，RNA延長，延長，不斷脫離不斷脫離DNA； RNA鏈的延伸速度不是恒定的，在模板富含鏈的延伸速度不是恒定的，在模板富含GC的區(qū)域，轉(zhuǎn)錄就會減慢的區(qū)域，轉(zhuǎn)錄就會減慢/停頓。停頓。 17bp螺旋解開長度螺旋解開長度12bpDNA-RNA復(fù)合體長度復(fù)合體長度影響影響RNA延伸速度的因素：延伸速度的因素： RNA pol； 暫停信號暫停信號：導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄速度突然出現(xiàn)變化的特：導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄速度突

20、然出現(xiàn)變化的特殊序列。殊序列。 GC富集區(qū)富集區(qū)：產(chǎn)物：產(chǎn)物RNA不易釋放；不易釋放； IR：產(chǎn)物形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)，妨礙上游的模板恢產(chǎn)物形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)，妨礙上游的模板恢復(fù)雙鏈。復(fù)雙鏈。 其他配基：其他配基：ppNpp、NusA蛋白。蛋白。NusA protein ： 69 Kd, acid protein RNApol-attaching factor Impel RNApol. pausing in terminator for 1-15 and waiting for Rho factor to stop transcription of RNA After initiation substit

21、uting NusA + core E antitermination N protein utilization substanceNusA binds to polymerase, and N binds to both NusA and box B of the nut site region of the transcript, creating a loop in the growing RNA. This complex is relatively weak and can cause antitermination only at terminators near the nut

22、 site (These conditions exist only in vitro.). (Nut N binding site )antitermination N protein三、三、原核生物原核生物轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的終止的終止 轉(zhuǎn)錄的終止依賴于轉(zhuǎn)錄的終止依賴于RNA產(chǎn)物的特定序列；產(chǎn)物的特定序列； 原核和某些真核生物的終止子要求轉(zhuǎn)錄產(chǎn)原核和某些真核生物的終止子要求轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物物RNA 3端具有發(fā)夾的二級結(jié)構(gòu)，莖部富端具有發(fā)夾的二級結(jié)構(gòu)，莖部富有有GC序列；序列； 終止子的分類：終止子的分類： 根據(jù)終止反應(yīng)是否需要根據(jù)終止反應(yīng)是否需要蛋白蛋白1、不依賴于、不依賴于因子的終止子（強終止子）因子的終

23、止子（強終止子） 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點：RNA具有一個發(fā)夾結(jié)構(gòu)（富含具有一個發(fā)夾結(jié)構(gòu)（富含GC）和隨后和隨后polyU片段。片段。 作用機制作用機制：RNA pol + 發(fā)夾結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)錄暫停轉(zhuǎn)錄暫停 后隨雜合分子不穩(wěn)定的后隨雜合分子不穩(wěn)定的poly(U-dA) RNA容易從模板上脫落容易從模板上脫落RNA-DNA-RNA pol 解聚解聚 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止2、依賴于、依賴于因子的終止子（弱終止子）因子的終止子（弱終止子） 因子因子：55kD，六聚體。能夠利用水解，六聚體。能夠利用水解ATP釋放的能量使釋放的能量使RNA從三元復(fù)合物中釋放出從三元復(fù)合物中釋放出來；來； 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：仍然具有莖環(huán)結(jié)

24、構(gòu)，但：仍然具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)，但GC堿基對含堿基對含量較少，下游也缺乏量較少，下游也缺乏polyU結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 1、2、3、終止類型終止類型回文序列回文序列后隨序列后隨序列不依賴不依賴因子的終止子因子的終止子富含富含GC富含富含U依賴依賴因子的終止子因子的終止子不富含不富含GC不富含不富含U第四節(jié)第四節(jié) 原核生物轉(zhuǎn)錄的調(diào)控原核生物轉(zhuǎn)錄的調(diào)控 基因表達的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平；基因表達的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平； 轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控是最為經(jīng)濟、靈活，又是最轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控是最為經(jīng)濟、靈活，又是最為重要、復(fù)雜的調(diào)控；為重要、復(fù)雜的調(diào)控； 確定需要轉(zhuǎn)錄基因的起始位點；確定需要轉(zhuǎn)錄基因的起始位點； 精細調(diào)節(jié)基

25、因表達的水平；精細調(diào)節(jié)基因表達的水平； cis factor 與與 trans factor 嚴格又靈活的互作；嚴格又靈活的互作； 保證保證RNA pol的連續(xù)轉(zhuǎn)錄，準(zhǔn)確終止。的連續(xù)轉(zhuǎn)錄，準(zhǔn)確終止。一、原核轉(zhuǎn)錄調(diào)控的相關(guān)概念一、原核轉(zhuǎn)錄調(diào)控的相關(guān)概念 （一）誘導(dǎo)和阻遏（一）誘導(dǎo)和阻遏： 誘導(dǎo)：誘導(dǎo)：酶的合成取決于特定物質(zhì)（常為酶的合成取決于特定物質(zhì)（常為substrate）的存在。如培養(yǎng)基中乳糖的存在的存在。如培養(yǎng)基中乳糖的存在促進促進了了E.coli的的半乳糖苷酶的半乳糖苷酶的合成合成； 阻遏：阻遏：當(dāng)培養(yǎng)基中某種物質(zhì)（常為當(dāng)培養(yǎng)基中某種物質(zhì)（常為product）含含量較高，細胞就關(guān)閉合成這

26、種物質(zhì)的能力。如培量較高，細胞就關(guān)閉合成這種物質(zhì)的能力。如培養(yǎng)基中養(yǎng)基中Trp的存在的存在抑制抑制了了E.coli Trp的的合成合成；（二）調(diào)控的效應(yīng)物（二）調(diào)控的效應(yīng)物v調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白 + 小分子物質(zhì)小分子物質(zhì) 原核操縱子的誘導(dǎo)原核操縱子的誘導(dǎo)/阻阻遏。這些小分子是基因表達的調(diào)節(jié)物質(zhì)遏。這些小分子是基因表達的調(diào)節(jié)物質(zhì)-效應(yīng)物效應(yīng)物。 誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物（inducer）：與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，使其從：與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，使其從DNA分子上脫落下來，分子上脫落下來，RNA pol開始轉(zhuǎn)錄。開始轉(zhuǎn)錄。 輔阻遏物輔阻遏物（co-repressor）：與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，：與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，可以提高調(diào)節(jié)蛋白與操縱基因

27、的親和性，進而可以提高調(diào)節(jié)蛋白與操縱基因的親和性，進而關(guān)閉結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。關(guān)閉結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。（三（三）正調(diào)控和負調(diào)控正調(diào)控和負調(diào)控 正調(diào)控正調(diào)控：調(diào)節(jié)蛋白與操縱子結(jié)合后：調(diào)節(jié)蛋白與操縱子結(jié)合后促進促進轉(zhuǎn)錄的進行。轉(zhuǎn)錄的進行。 負調(diào)控負調(diào)控：調(diào)節(jié)蛋白與操縱子結(jié)合后：調(diào)節(jié)蛋白與操縱子結(jié)合后抑制抑制轉(zhuǎn)錄的進行。轉(zhuǎn)錄的進行。 正、負調(diào)控都存在著誘導(dǎo)和阻遏。正、負調(diào)控都存在著誘導(dǎo)和阻遏。positiveactiveinactiveInd.Rep. 正調(diào)控正調(diào)控 + 誘導(dǎo)誘導(dǎo) 調(diào)節(jié)蛋白無活性調(diào)節(jié)蛋白無活性轉(zhuǎn)錄不轉(zhuǎn)錄不進行進行 誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物+調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白有活有活性調(diào)節(jié)蛋白性調(diào)節(jié)蛋白轉(zhuǎn)錄進行轉(zhuǎn)錄進行 正

28、調(diào)控正調(diào)控 + 阻遏阻遏 調(diào)節(jié)蛋白有活性調(diào)節(jié)蛋白有活性轉(zhuǎn)錄進轉(zhuǎn)錄進行行 輔阻遏物輔阻遏物+調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白無無活性調(diào)節(jié)蛋白活性調(diào)節(jié)蛋白轉(zhuǎn)錄不進行轉(zhuǎn)錄不進行negativeactiveinactive 阻遏蛋白有活性阻遏蛋白有活性轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄不進行不進行 誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物 + 阻遏蛋白阻遏蛋白無無活性阻遏蛋白活性阻遏蛋白轉(zhuǎn)錄進行轉(zhuǎn)錄進行 負調(diào)控負調(diào)控 + 誘導(dǎo)誘導(dǎo) 負調(diào)控負調(diào)控 + 阻遏阻遏阻遏蛋白無活性阻遏蛋白無活性轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄進行進行 輔阻遏物輔阻遏物 +阻遏蛋白阻遏蛋白有活性調(diào)節(jié)蛋白有活性調(diào)節(jié)蛋白轉(zhuǎn)錄不轉(zhuǎn)錄不進行進行Ind.Rep.Negative二、操縱子理論（二、操縱子理論（operon conc

29、ept） 定義定義：原核生物基因表達和調(diào)控的單元。：原核生物基因表達和調(diào)控的單元。 包括包括： 結(jié)構(gòu)基因：編碼控制某一代謝途徑的相關(guān)的酶；結(jié)構(gòu)基因：編碼控制某一代謝途徑的相關(guān)的酶； 調(diào)控元件調(diào)控元件：是調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的一段是調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序序列，包括啟動子和操縱基因；列，包括啟動子和操縱基因； 調(diào)節(jié)基因：其產(chǎn)物（調(diào)節(jié)蛋白）能夠識別并結(jié)調(diào)節(jié)基因：其產(chǎn)物（調(diào)節(jié)蛋白）能夠識別并結(jié)合操縱基因，決定結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄與否。合操縱基因，決定結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄與否。 （一）一）lac操縱子（操縱子（lactose operon）：）：1、lac操縱子的結(jié)構(gòu)操縱子的結(jié)構(gòu) 調(diào)節(jié)基因（調(diào)節(jié)基因（I）：）：

30、編碼阻遏物（編碼阻遏物（Repressor）。）。 啟動子（啟動子（Promoter，P）：）：RNA pol的結(jié)合位點；的結(jié)合位點； 操縱基因（操縱基因（Operator，O）：）：進入結(jié)構(gòu)基因的開關(guān)；進入結(jié)構(gòu)基因的開關(guān)； 結(jié)構(gòu)基因：結(jié)構(gòu)基因：Z（-半乳糖苷酶）半乳糖苷酶）、Y（-半乳糖苷透半乳糖苷透過酶過酶）、A（-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶） ；-半乳糖苷酶半乳糖苷酶：水解含：水解含-半乳糖苷鍵的底物，半乳糖苷鍵的底物，如乳糖。如乳糖。-半乳糖苷透過酶半乳糖苷透過酶：使外界的：使外界的-半乳糖苷能透半乳糖苷能透過過E.coli細胞壁和原生質(zhì)膜進入細胞內(nèi)。細胞壁和原生質(zhì)膜進入

31、細胞內(nèi)。-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶：乙酰：乙酰CoA+-半乳糖半乳糖苷苷乙酰半乳糖。乙酰半乳糖。 當(dāng)當(dāng)E.coli需要利用培養(yǎng)基里的乳糖時，前需要利用培養(yǎng)基里的乳糖時，前2種酶種酶是必需的，而最后是必需的，而最后1種酶則是非必需的。種酶則是非必需的。 沒有乳糖沒有乳糖lacI編碼的阻遏蛋白具有活性編碼的阻遏蛋白具有活性牢固結(jié)牢固結(jié)合到操縱基因合到操縱基因O上上結(jié)合在啟動區(qū)的結(jié)合在啟動區(qū)的RNA pol不能通不能通過過Z、Y、A不能轉(zhuǎn)錄（和表達）不能轉(zhuǎn)錄（和表達）2、lac操縱子的負向調(diào)控機制操縱子的負向調(diào)控機制 負調(diào)控負調(diào)控 + 誘導(dǎo)誘導(dǎo) 加入乳糖加入乳糖乳糖（誘導(dǎo)物）與阻遏蛋

32、白結(jié)合乳糖（誘導(dǎo)物）與阻遏蛋白結(jié)合阻遏蛋阻遏蛋白構(gòu)象變化白構(gòu)象變化 阻遏蛋白從操縱基因上脫落阻遏蛋白從操縱基因上脫落 RNA pol開始開始Z、Y、A基因的轉(zhuǎn)錄基因的轉(zhuǎn)錄表達表達乳糖被利用乳糖被利用 3、 lac操縱子操縱子CAP的轉(zhuǎn)錄激活作用的轉(zhuǎn)錄激活作用 正調(diào)控正調(diào)控 CAP：二聚體，可同時與：二聚體，可同時與DNA、cAMP結(jié)合；結(jié)合； G存在存在細胞內(nèi)細胞內(nèi)cAMPCAP二聚體不能單二聚體不能單獨與獨與DNA結(jié)合結(jié)合lac 操縱子關(guān)閉操縱子關(guān)閉 G缺乏缺乏細胞內(nèi)細胞內(nèi)cAMP CAP與與cAMP結(jié)合結(jié)合 CAP-cAMP復(fù)合物復(fù)合物 + lac 操縱子啟動子上游操縱子啟動子上游 DNA

33、鏈發(fā)生鏈發(fā)生90o彎曲彎曲 增強增強RNA pol與啟動與啟動子的結(jié)合子的結(jié)合 lac 操縱子打開操縱子打開 Z、Y、A基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)錄、表達錄、表達CAPv乳糖操縱子的協(xié)同調(diào)節(jié)乳糖操縱子的協(xié)同調(diào)節(jié)(coordinate regulation)負向調(diào)節(jié)與正性向調(diào)節(jié)協(xié)同合作負向調(diào)節(jié)與正性向調(diào)節(jié)協(xié)同合作*阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP不發(fā)揮作用不發(fā)揮作用*如沒有如沒有CAP加強轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從加強轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從lacO上上s釋放仍無轉(zhuǎn)錄活性釋放仍無轉(zhuǎn)錄活性結(jié)論：結(jié)論：lac操縱子強的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需操縱子強的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖缺乏葡萄糖（二）（二）trp操縱子操縱子 Trp的合成：一系列酶促反應(yīng)的結(jié)果（分支酸的合成：一系列酶促反應(yīng)的結(jié)果（分支酸 鄰氨基苯甲酸鄰氨基苯甲酸 吲哚甘油磷酸吲哚甘油磷酸 Trp）；1、trp操縱子的阻遏系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)操縱子的阻遏系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié) 有有Trp：Trp結(jié)合并激活阻遏蛋白結(jié)合并激活阻遏蛋白，阻斷轉(zhuǎn)錄；阻斷轉(zhuǎn)錄； 無無Trp：阻遏蛋白無活性，操縱子基因開始轉(zhuǎn)錄。：阻遏蛋白無活性，操縱子基因開始轉(zhuǎn)錄。2、 trp操縱子的弱化系統(tǒng)操縱子的弱化系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄提前終止的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄提前終止的調(diào)節(jié)（1）衰減子（）衰減子（attenuator）：）： 定義：提前終止轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)